(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の画素が二次元アレイ状に配列形成され有効画素領域内の焦点検出エリアに位相差画素が形成された撮像素子と、
該撮像素子の前段に設けられた撮影レンズと、
該撮像素子による撮像画像信号を解析し、対となる２つの前記位相差画素の検出信号から位相差量を求める位相差量検出部と、
前記位相差量検出部が検出した位相差量から前記撮影レンズを通して前記撮像素子が撮像した被写体画像のデフォーカス量を求め、前記撮影レンズの合焦制御を行う制御部と
を備える撮像装置であって、
前記制御部は、前記撮影レンズの入射角度範囲を特定する撮影レンズ情報と、前記対となる２つの位相差画素に対する入射光の入射角度毎の感度である受光感度分布とに基づいて、前記受光感度分布のうち前記入射角度範囲内の部分領域における感度中心に対応する入射角度である、前記デフォーカス量と前記位相差量との比に関するパラメータ値を求め、前記パラメータ値と前記検出された位相差量から前記デフォーカス量を求めるものである撮像装置。
【請求項２】
請求項１に記載の撮像装置であって、
前記撮影レンズ情報は前記撮影レンズのＦ値を含むものであり、
前記制御部は、前記受光感度分布のうち前記撮影レンズのＦ値に対応する入射角度の範囲内の部分領域において、当該部分領域の感度中心に対応する入射角度の値を前記パラメータ値として算出する撮像装置。
【請求項３】
請求項２に記載の撮像装置であって、
前記感度中心に対応する入射角度の値は、前記受光感度分布のうち前記撮影レンズのＦ値に対応する入射角度の範囲内の部分領域において、当該部分領域の感度重心位置に対応する入射角度の値である撮像装置。
【請求項４】
請求項２に記載の撮像装置であって、
前記感度中心に対応する入射角度の値は、前記受光感度分布のうち前記撮影レンズのＦ値に対応する入射角度の範囲内の部分領域において、当該部分領域の感度面積中心位置に対応する入射角度の値である撮像装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の撮像装置であって、
前記撮影レンズ情報は前記撮影レンズのＦ値と前記撮像素子の撮像面上の少なくとも前記焦点検出エリア内の像高位置に対応する入射角度の範囲の情報を含むものであり、
前記制御部は、前記焦点検出エリア内の像高に対応した入射角度の範囲と前記Ｆ値に対応した入射角度の範囲を使用して前記パラメータ値を算出する撮像装置。
【請求項６】
請求項５に記載の撮像装置であって、
前記制御部は、前記焦点検出エリアを複数の分割エリアに分割し、前記像高に対応した前記分割エリア毎に前記パラメータ値を求める撮像装置。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の撮像装置であって、
前記受光感度分布は、前記対となる２つの位相差画素に対する入射光の入射角度毎の感度と前記位相差画素以外の画素に対する入射光の入射角度毎の感度との感度比からなる撮像装置。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の撮像装置であって、
前記制御部は、赤色光，緑色光，青色光毎の受光感度分布から各色光毎の前記パラメータ値を求める撮像装置。
【請求項９】
請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の撮像装置であって、
前記撮影レンズは交換可能な撮影レンズであり、前記撮影レンズの交換後に前記パラメータ値を求める撮像装置。
【請求項１０】
複数の画素が二次元アレイ状に配列形成され有効画素領域内の焦点検出エリアに位相差画素が形成された撮像素子と、
該撮像素子の前段に設けられた撮影レンズと、
該撮像素子による撮像画像信号を解析し、対となる２つの前記位相差画素の検出信号から位相差量を求める位相差量検出部と、
前記位相差量検出部が検出した位相差量から前記撮影レンズを通して前記撮像素子が撮像した被写体画像のデフォーカス量を求め、前記撮影レンズの合焦制御を行う制御部と
を備える撮像装置の合焦用パラメータ値算出方法であって、
前記撮影レンズの入射角度範囲を特定する撮影レンズ情報と、前記対となる２つの位相差画素に対する入射光の入射角度毎の感度である受光感度分布とに基づいて、前記受光感度分布のうち前記入射角度範囲内の部分領域における感度中心に対応する入射角度である、前記デフォーカス量と前記位相差量との比に関するパラメータ値を求め、前記パラメータ値と前記検出された位相差量から前記デフォーカス量を求める撮像装置の合焦用パラメータ値算出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位相差画素が形成された撮像素子を備える撮像装置及び合焦用パラメータ値算出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
撮像装置（カメラ）に搭載される撮像素子（イメージセンサ）には、受光領域に二次元アレイ状に配列形成された多数の画素の内の一部画素を位相差画素（焦点検出画素ともいわれる。）としたものがある。この様な撮像素子を搭載した撮像装置では、撮影レンズの焦点位置を被写体に合焦させるＡＦ方式として、位相差ＡＦ方式が採用される。【０００３】
位相差画素は、ペア画素の一方の画素と他方の画素とで瞳分割を行う構造を備え、撮影レンズの異なる光路を通った２つの光束のうち一方の光束を一方の画素が受光し、他方の光束を他方の画素が受光することで、瞳分割方向の相対的な位置ズレを検出する。そして、この位置ズレ量に応じて、撮影レンズのピントずれ量を調節するのが位相差ＡＦ方式である。【０００４】
一方、撮像素子を搭載した撮像装置には、一種類の撮影レンズを撮像装置に固定して用いるものの他、レンズ交換式の撮像装置も存在する。撮影レンズが交換されてしまうと、その開放Ｆ値や焦点距離，球面収差等が異なってくる。【０００５】
前述のような位相差画素を含む撮像素子を搭載した撮像装置において、レンズ交換式の撮像装置とする場合には、撮像素子上の位相差画素の配置位置やペア画素間の間隔等の物理的条件は変更不可のため、撮影レンズが交換されてしまうと、撮影レンズの合焦精度に影響が出てしまう。【０００６】
そこで従来技術としては、例えば下記の特許文献１に記載されている様に、補正量をテーブルデータとして用意しておき、撮影レンズが交換されたとき適切なテーブルデータを選択する様にしているものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】日本国特開２０１０―１０７７７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
撮影レンズが交換される毎に、適切な補正量をテーブルデータから算出すれば、精度の高い位相差ＡＦ処理を実行することができる。しかし、多種類の撮影レンズ毎に補正用のテーブルデータを用意するのでは大容量のメモリが必要となり、撮像装置の製造コストを増大させてしまう。また、テーブルデータが用意されていない種類の撮影レンズに交換されたとき、適切な位相差ＡＦ制御が実行できず、ピンボケ画像が撮影されてしまうという問題が生じる。【０００９】
本発明の目的は、小容量のメモリで済みかつ如何なる種類の撮影レンズに交換されても良好な位相差ＡＦ制御を実行できる撮像装置及び合焦用パラメータ値算出方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の撮像装置及び合焦用パラメータ値算出方法は、複数の画素が二次元アレイ状に配列形成され有効画素領域内の焦点検出エリアに位相差画素が形成された撮像素子と、その撮像素子の前段に設けられた撮影レンズと、その撮像素子による撮像画像信号を解析し、対となる２つの上記位相差画素の検出信号から位相差量を求める位相差量検出部と、上記位相差量検出部が検出した位相差量から上記撮影レンズを通して上記撮像素子が撮像した被写体画像のデフォーカス量を求め、上記撮影レンズの合焦制御を行う制御部とを備える撮像装置において、上記制御部は、上記撮影レンズの入射角度範囲を特定する撮影レンズ情報と、上記対となる２つの位相差画素に対する入射光の入射角度毎の感度である受光感度分布とに基づいて、前記受光感度分布のうち前記入射角度範囲内の部分領域における感度中心に対応する入射角度である、上記デフォーカス量と上記位相差量との比に関するパラメータ値を求め、上記パラメータ値と上記検出された位相差量から上記デフォーカス量を求めることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、撮影レンズが交換されＦ値が変更されても、精度の高い合焦制御を行うことができる合焦用のパラメータ値を求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に係る撮像装置の機能ブロック図である。
【図２】図１に示す固体撮像素子の説明図である。
【図３】図２に示す固体撮像素子の焦点検出エリアの一部拡大図である。
【図４】位相差画素による位相差の説明図である。
【図５】Ｆ値の異なる撮影レンズが交換される前（ａ）と後（ｂ）における位相差量（分離量）とデフォーカス量の関係を説明する図である。
【図６】本発明の第１実施形態に係る合焦用パラメータ値の算出方法説明図である。
【図７】レンズ交換があった場合のパラメータ値の算出処理手順を示すフローチャートである。
【図８】本発明の第２実施形態に係る合焦用パラメータ値の算出方法説明図である。
【図９】焦点検出エリアを複数エリアに分割する説明図である。
【図１０】分割エリアの受光面中心に対する位置と入射角度との関係を示す図である。
【図１１】入射光の色の違い（Ｒ，Ｇ，Ｂ）により入射角度特性が変わることを示すグラフである。
【図１２】図７のパラメータ値算出処理ステップの詳細処理手順を示すフローチャートである。
【図１３】位相差画素の感度／通常画素の感度の比の入射角度特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１４】
図１は、本発明の一実施形態に係るデジタルカメラ（撮像装置）の機能ブロック構成図である。このデジタルカメラ１０は、撮影レンズ２１ａや絞り２１ｂ等を備える撮影光学系２１と、この撮影光学系２１の後段に配置された撮像素子チップ２２とを備える。この撮影光学系２１は、交換可能に設けられており、ユーザが所望の撮影光学系（広角レンズ系，望遠レンズ系など）を選択できる。
【００１５】
撮像素子チップ２２は、信号読出手段がＣＣＤ型やＣＭＯＳ型等のカラー画像撮像用単板式の固体撮像素子２２ａと、固体撮像素子２２ａから出力されるアナログの画像データを自動利得調整（ＡＧＣ）や相関二重サンプリング処理等のアナログ処理するアナログ信号処理部（ＡＦＥ）２２ｂと、アナログ信号処理部２２ｂから出力されるアナログ画像データをデジタル画像データに変換するアナログデジタル変換部（Ａ／Ｄ）２２ｃとを備える。
【００１６】
このデジタルカメラ１０は更に、後述のシステム制御部（ＣＰＵ）２９からの指示によって，撮影光学系２１の焦点位置制御，ズーム位置制御や固体撮像素子２２ａ，アナログ信号処理部２２ｂ，Ａ／Ｄ２２ｃの駆動制御を行う駆動部（タイミングジェネレータＴＧを含む）２３と、ＣＰＵ２９からの指示によって発光するフラッシュ２５とを備える。駆動部２３を撮像素子チップ２２内に一緒に搭載する場合もある。
【００１７】
本実施形態のデジタルカメラ１０は更に、Ａ／Ｄ２２ｃから出力されるデジタル画像データを取り込み補間処理やホワイトバランス補正，ＲＧＢ／ＹＣ変換処理等の周知の画像処理を行うデジタル信号処理部２６と、画像データをＪＰＥＧ形式などの画像データに圧縮したり逆に伸長したりする圧縮／伸長処理部２７と、メニューなどを表示したりスルー画像（ライブビュー画像）や撮像画像を表示する表示部２８と、デジタルカメラ全体を統括制御するシステム制御部（ＣＰＵ）２９と、フレームメモリ等の内部メモリ３０と、ＪＰＥＧ画像データ等を格納する記録メディア３２との間のインタフェース処理を行うメディアインタフェース（Ｉ／Ｆ）部３１と、これらを相互に接続するバス３４とを備え、また、システム制御部２９には、ユーザからの指示入力を行う操作部３３が接続されている。
【００１８】
システム制御部２９は、配下のデジタル信号処理部２６等を用いて、位相差画素の検出信号から位相差量を求めたり、後述する合焦用パラメータ値を算出したりして、撮影光学系２１の焦点位置制御（合焦制御）を行う位相差量検出部及び制御部として機能する。
【００１９】
図２は、固体撮像素子２２ａの表面模式図である。この固体撮像素子２２ａは、横長矩形の半導体基板に形成されており、その受光領域（有効画素領域）４１に、多数の画素（光電変換素子：フォトダイオード）が二次元アレイ状に形成されている。この受光領域４１の中央領域が焦点検出エリア４２となっており、この焦点検出エリア４２に後述する位相差画素が設けられている。
【００２０】
図３は、図２に示す焦点検出エリア４２の一部領域拡大図であり、画素配列，カラーフィルタ配列を示している。図示する実施形態では、奇数行（又は偶数行）の画素行（４５度傾けた正方形枠が各画素を示し、各画素上のＲ（赤）Ｇ（緑）Ｂ（青）がカラーフィルタの色を表している。）に対して偶数行（又は奇数行）の画素行を１／２画素ピッチずつずらして配置した、所謂ハニカム画素配列となっている。
【００２１】
そして、偶数行の各画素だけみると画素配列は正方格子配列となり、これに三原色カラーフィルタＲＧＢがベイヤ配列されている。また、奇数行の各画素だけみても画素配列は正方格子配列となり、これに三原色カラーフィルタｒｇｂがベイヤ配列されている。Ｒ＝ｒ，Ｇ＝ｇ，Ｂ＝ｂであり、斜めに隣接する同色画素がペア画素を形成する。各画素の受光面積は同一であり、夫々の遮光膜開口の大きさも同一（後述する位相差画素だけ遮光膜開口が異なる。）である。更に、個々の画素のカラーフィルタの上に、全画素で同一形状のマイクロレンズが搭載される（これらの図示は省略する）。
【００２２】
図３に示す固体撮像素子２２ａのＧフィルタを積層した画素（以下、Ｇ画素という。Ｒ，Ｂ，ｒ，ｇ，ｂも同様とする。）の画素行とこれに隣接するｇ画素の画素行において、４画素に１画素を位相差画素２のペアとしている。位相差画素（Ｇ画素，ｇ画素のペア）２において、Ｇ画素２の画素中心に対して遮光膜開口２ａを他の通常画素の遮光膜開口３（一箇所だけ図示）より小さくかつ右に偏心して設け、ｇ画素２の画素中心に対して遮光膜開口２ｂを遮光膜開口２ａと同じかつ左に偏心して設けることで、瞳分割を行っている。
【００２３】
なお、図３の例では、画素配列が所謂ハニカム画素配列であるが、画素配列が正方格子配列の撮像素子でも以下の実施形態を適用可能である。位相差画素ペアは、同色画素であるのが望ましいため、同色２画素が並ぶカラーフィルタ配列としても良い。
【００２４】
図４は、位相差画素ペア（一方の画素を第１画素、他方の画素を第２画素ということにする。）による位相差検出の説明図である。図４（ａ）は、被写体が合焦位置から大きく外れた位置に存在する場合の、第１画素の出力分布Ｌと第２画素の出力分布Ｒを撮像面の座標位置との関係で示したグラフである。夫々の出力分布Ｌ，Ｒは山形（図４では矩形波で示す）となっており、両者間の間隔αは開いている。
【００２５】
図４（ｂ）は、図４（ａ）より被写体が合焦位置に近づいて存在する場合の第１画素，第２画素の出力分布Ｌ，Ｒを示すグラフである。図４（ａ）に比べて、出力分布Ｌ，Ｒは互いに近づいている。つまり、各出力分布Ｌ，Ｒ間の間隔αが図４（ａ）より狭まっている。
【００２６】
図４（ｃ）は、被写体が合焦位置に存在する場合の第１画素，第２画素の出力分布Ｌ，Ｒを示すグラフである。被写体が合焦位置に存在する場合には、第１画素，第２画素の検出信号間に位相差は存在せず、両方の出力分布Ｌ，Ｒは重なることになる。第１画素，第２画素による検出信号の位相差量は、例えば上記の間隔αの値に基づいて求めることができる。
【００２７】
図５は、第１画素，第２画素の位相差量（＝分離量）とデフォーカス量との関係を示す図である。デフォーカス量とは、撮像面上で結像していない場合の結像位置（分離量＝０）と撮像面までの距離つまりピントズレ量である。
【００２８】
入射光の入射角度θ１，θ２と、夫々の分離量ａ１，ａ２（全体の分離量はａ１＋ａ２）と、デフォーカス量ｂとは一定の関数関係にあり、
ｔａｎθ１＝ａ１／ｂ  すなわち  θ１＝ｔａｎ−１ａ１／ｂ
ｔａｎθ２＝ａ２／ｂ  すなわち  θ２＝ｔａｎ−１ａ２／ｂ
となる。このため、第１画素と第２画素の位相差量（分離量＝ａ１＋ａ２）とθ１，θ２とが分かれば、デフォーカス量ｂを求めることができる。そこで、本実施形態では、デフォーカス量と分離量（位相差量）との比に関するパラメータθ１，θ２を合焦用パラメータとし、このパラメータの値を算出する。勿論、「ｔａｎθ」をパラメータとしても良い。
【００２９】
ここで問題となるのは、図５（ａ）に示す撮影レンズ５１を、図５（ｂ）に示す様に、Ｆ値の異なる撮影レンズ５２に交換した場合に、入射光の入射角度が異なるため、デフォーカス量が撮影レンズによって違ってきてしまう。
【００３０】
そこで、本実施形態では、次の様にして、撮影レンズのＦ値が異なっても、精度良くデフォーカス量を求めることができる合焦用パラメータ値を算出する。
【００３１】
図６は、本発明の第１実施形態に係る合焦用パラメータ値の算出方法説明図である。Ｌ，Ｒは、第１画素の入射光の入射角度毎の感度である受光感度分布特性Ｌと同じく第２画素の入射光の入射角度毎の感度である受光感度分布特性Ｒを示している。図４における横軸は撮像面の座標位置であったが、図６の横軸は入射光の入射角度である。本実施形態では、この受光感度分布特性Ｌ，Ｒから合焦用パラメータ値を算出するのであるが、撮影レンズのＦ値に対応する入射角度範囲内（範囲Ｘ内）だけの部分領域における受光感度分布特性Ｌ，Ｒを用いる。図６の受光感度分布特性Ｌ，Ｒと入射角度との関係を表すデータは、撮像素子製造後の検査の時など、予め取得しておけば良い。
【００３２】
撮影時の撮影レンズのＦ値に対応した入射角度範囲Ｘにおいて、受光感度分布特性Ｌの感度重心（輝度重心）位置Ａ１を求めると共に、受光感度分布特性Ｒの感度重心位置Ｂ１を、次の数１に基づいて算出する。
【００３３】
【数１】
0005619294.tif 000002
【００３４】
Ｆ値に対応した入射角度範囲Ｘ内において、入射角度（θ）と受光感度Ｉ（θ）との乗算値をθの値で積算し、この積算値を、θの積算値で除すことで、感度重心θGを求める。感度重心位置Ａ１に対応する入射角度が合焦用パラメータ値θ１となり、感度重心位置Ｂ１に対応する入射角度が合焦用パラメータ値θ２となる。
【００３５】
上述の様にして求めたパラメータ値θ１，θ２は、レンズのＦ値が定まると、即ち、使用する撮影レンズが決まり図６の範囲Ｘが決まると、変化しない値となるため、このパラメータ値と、従来と同様に、第１画素と第２画素の出力差による求めた位相差量とから、デフォーカス量を求めて撮影レンズを合焦制御すれば、どの様な撮影レンズが撮像装置に装着されていても、高精度に被写体に合焦させることができる。
【００３６】
以上述べた実施形態によれば、Ｆ値に対応した範囲Ｘ内で合焦用パラメータ値を求めるため、撮影レンズの種類によらずに、精度良くレンズの合焦制御を行うことができる。
【００３７】
また、撮影レンズの光学特性にバラツキがあり撮影レンズによってＦ値に対応した範囲Ｘにバラツキが生じても、この範囲Ｘ内で計算を行うため撮影レンズの光学特性のバラツキに影響を受けないパラメータ値を求めることができる。
【００３８】
更に、撮像素子の位相差画素の構造に個体バラツキが存在しても、撮像素子の個体毎の位相差画素の受光感度曲線Ｌ，Ｒに基づいて計算を行うことで、撮像素子の個体バラツキに影響を受けないパラメータ値を算出することができる。
【００３９】
図７は、図１に示す撮像装置のＣＰＵ２９が配下の駆動部２４やデジタル信号処理部２６等を介して実行する撮像処理手順を示すフローチャートである。カメラ電源がオンになると、ＣＰＵ２９は、レンズデータを取得する（ステップＳ１）。即ち、撮影レンズ（撮影光学系の絞り）に設定されているＦ値のデータを取得する。
【００４０】
次のステップＳ２では、固体撮像素子２２ａから動画状態で出力されデジタル信号処理部２６で処理された撮像画像信号を解析し、図６で説明した計算式により合焦用パラメータ値θ１，θ２を算出する。
【００４１】
次のステップＳ３では、レンズ交換が行われたか否か（あるいは撮影光学系の絞り２１ｂが調整されてＦ値が変更されたか否か）を判定し、レンズ交換（あるいはＦ値変更）が行われない場合には、ステップＳ６に飛び、２段シャッタボタンのＳ１押下（半押し）を待機する。そして、シャッタボタンが半押しされたとき、上記の合焦用パラメータ値θ１，θ２と、従来と同様の公知の方法で求めた位相差量とに基づいてデフォーカス量を演算により求め（ステップＳ７）、ステップＳ８で合焦動作を実行する（ステップＳ８）。以下、２段シャッタボタンのＳ２押下（全押し）を待機して周知の撮影処理に進むが、これについての説明は省略する。
【００４２】
ステップＳ３で、レンズ交換（あるいはＦ値変更）が行われていると判定した場合には、ステップＳ４に進み、レンズ交換（あるいはＦ値変更）後の撮影レンズに設定されているＦ値のデータを取得する。そして次のステップＳ５で図６で説明した計算式により合焦用パラメータ値θ１，θ２を算出し、以下、前述したステップＳ６に進む。
【００４３】
以上述べた実施形態によれば、レンズ交換が行われても、適切な合焦用パラメータ値が算出されるため、被写体に合焦した画像を撮像することができる。なお、この実施形態で算出する合焦用パラメータ値は、図２に示す焦点検出エリア４２（中心は撮像素子受光領域４１の中心）内に離散的に形成された複数の位相差画素ペアの夫々から求められるパラメータ値の平均値として算出するのが良い。
【００４４】
なお、撮影レンズの情報つまりＦ値や像高毎の入射角度範囲は、
（１）レンズから取得する場合、
（２）撮影装置本体側の設定情報から得る場合、
（３）レンズからレンズ種別を表すレンズＩＤを取得し、予め撮像装置本体側で記憶しているレンズＩＤ毎のレンズ情報（Ｆ値や像高毎の入射角度範囲）を得る場合、などの形態があり、いずれの形態で取得しても良い。
【００４５】
図８は、本発明の別実施形態に係る合焦用パラメータ値の算出説明図である。図６の実施形態では、感度重心位置Ａ１，Ｂ１を求めることで、合焦用パラメータ値を算出したが、本実施形態では、範囲Ｘ内の部分領域における感度分布Ｌの感度面積中心位置Ａ２と、範囲Ｘ内の部分領域における感度分布Ｒの感度面積中心位置Ｂ２とを求めることで、その角度θ１，θ２から合焦用パラメータ値を、次の数２により算出する。
【００４６】
【数２】
0005619294.tif 000003
【００４７】
この算出式によれば、Ｆ値に対応する入射角度範囲ＸをθF1〜θF2とし、感度分布特性Ｌにおける感度面積中心位置Ａ２となる角度をθｃとしたとき、感度Ｉ（θ）のθF1からθｃまでの積算値が、感度Ｉ（θ）のθｃからθF2までの積算値と同じ値になったときのθｃの位置を感度面積中心位置としている。感度分布Ｒでも同様に計算する。
【００４８】
図８で示せば、感度分布特性Ｌの範囲Ｘ内において、右ハッチング領域と、左ハッチング領域の面積が同じになる感度面積中心位置Ａ２が感度面積中心となる。感度重心位置Ａ１，Ｂ１でなく、感度面積中心位置Ａ２，Ｂ２から合焦用パラメータ値θ１，θ２を算出しても、レンズＦ値を考慮せずに合焦制御を行う従来よりも高精度な合焦制御を行うことができる。
【００４９】
図９は、固体撮像素子２２ａに設ける焦点検出エリア（位相差エリア）４２の別実施形態の説明図である。前述した実施形態では、１つの焦点検出エリア４２で合焦用パラメータ値を算出したが、本実施形態では、焦点検出エリア４２を複数領域、図示の例では４×３＝１２の分割エリア４３に分け、分割エリア４３毎に、合焦用パラメータ値の平均値を算出し、これを分割エリア４３毎のパラメータ値とする。
【００５０】
固体撮像素子２２ａの受光面に結像する主要被写体の画像は、必ずしも固体撮像素子２２ａの中心に結像する分けではなく、撮影シーンによって、受光面中心から高い位置，低い位置，右側に寄った位置，左側に寄った位置等の任意座標位置に存在することになる。このため、焦点検出エリア４２を複数の分割エリア４３に分割し、夫々の分割エリア４３毎に、合焦用パラメータ値を算出する方が精度が高くなる。
【００５１】
また、例えば、主要被写体画像の像高が高い場合を図１０に示すが、この場合、入射角度の範囲即ちＦ値に対応した入射角度の範囲は、像高に応じて変化する（像高０のときの入射角度範囲に対して、入射位置が高くなる分割エリア，低くなる分割エリア，左右に離れる分割エリアでは入射角度の範囲は狭くなる。）ため、分割エリア４３毎に合焦用パラメータ値を算出する方が、高精度な算出が可能となる。
【００５２】
図３に示す固体撮像素子２２ａの場合、Ｇ画素とｇ画素のペア画素を位相差画素ペアとしたが、Ｒ画素とｒ画素，Ｂ画素とｂ画素のペアを位相差画素とすることも可能である。この場合、Ｒ光，Ｇ光，Ｂ光の波長が異なるため、入射角度特性が異なってくることを考慮する必要がある。図１１に、通常画素におけるＲ光，Ｇ光，Ｂ光の入射角度特性を示すが、位相差画素でも同様に入射角度には波長依存性が出る。同じＦ値に対応する入射角度の範囲ＸはＲ，Ｇ，Ｂで変わらないが、この範囲内の積算値がＲ，Ｇ，Ｂで変わり、感度比が変化する。これを考慮して合焦用パラメータ値を算出する必要がある。
【００５３】
図１２は、図７のステップＳ２又はステップＳ５の詳細処理手順を示すフローチャートである。合焦用パラメータ値を算出する処理ステップに入った場合、先ず、ステップＳ１１で、ＲＧＢの入射角度特性を参照する（位相差画素をＲ画素，Ｂ画素にも設けた場合）。そして次のステップＳ１２で、Ｆ値と像高と角度の特性から、感度中心を算出する。感度中心は、図５の感度重心位置でも良く、図８の感度面積中心でも良い。
【００５４】
ステップＳ１２の次のステップＳ１３では、位相差エリア数が１つであるか複数であるかを判定し、１つのエリアしか無い場合には、ステップＳ１４に進み、像高０の合焦用パラメータ値を算出してこの処理を終了する。複数のエリアがある場合には、ステップＳ１５に進み、各エリアに対応する合焦用パラメータ値を算出し、この処理を終了する。
【００５５】
以上述べた実施形態によれば、撮影レンズのＦ値に対応する入射光の入射角度と位相差画素ペアの夫々の入射光の入射角度毎の感度である受光感度分布特性とから合焦用パラメータ値を算出するため、撮影レンズを交換した場合でも適切な合焦用パラメータ値が算出でき、撮影レンズの被写体への高精度な合焦を行うことが可能となる。
【００５６】
なお、上述した説明では、合焦用パラメータ値θ１，θ２を、感度重心位置から求めた実施形態と、感度面積中心位置から求めた実施形態とについて述べたが、本発明はこれら実施形態に限るものではない。本願発明では、受光感度分布Ｌ，Ｒの全体を用いるのではなく、受光感度分布Ｌ，ＲのうちＦ値に対応した入射角度の範囲内の部分領域だけを用いて感度中心を求め、これに基づいて合焦用パラメータ値を算出する。
【００５７】
また、上記した各実施形態の受光感度分布は、位相差画素の感度以外にも、対となる２つの位相差画素に対する入射光の入射角度毎の感度と位相差画素以外の画素に対する入射光の入射角度毎の感度との感度比であってもよい。
【００５８】
即ち、デフォーカス量と分離量の関係を算出する際に使用する受光感度分布として、位相差画素の感度を用いることに代えて、位相差画素の感度／通常画素の感度で表される比を用いる。図１３は位相差画素の感度／通常画素の感度の比の入射角度特性を示す図である。位相差画素の感度／通常画素の感度の比は、同条件下での位相差画素の出力値／通常画素の出力値から求めることができる。感度の比を求める位相差画素と通常画素の組み合わせは、近傍の画素同士の組み合わせであることが好ましい。
【００５９】
位相差画素の感度／通常画素の感度の比を用いることにより、受光感度分布を取得する際、分光感度分布が光量の絶対値に依存しなくなる。そのため、比較的容易にかつ精度よく受光感度分布を取得できる。この場合の合焦用パラメータ値は、前述同様に、図１３に示す受光感度分布から感度重心又は感度の面積中心を算出して求めることができ、デフォーカス量と分離量との関係を精度よく算出できる。
【００６０】
以上述べた様に、本明細書には次の事項が開示されている。
実施形態による撮像装置及び合焦用パラメータ値の算出方法は、複数の画素が二次元アレイ状に配列形成され有効画素領域内の焦点検出エリアに位相差画素が形成された撮像素子と、その撮像素子の前段に設けられた撮影レンズと、その撮像素子による撮像画像信号を解析し、対となる２つの上記位相差画素の検出信号から位相差量を求める位相差量検出部と、上記位相差量検出部が検出した位相差量から上記撮影レンズを通して上記撮像素子が撮像した被写体画像のデフォーカス量を求め、上記撮影レンズの合焦制御を行う制御部とを備える撮像装置において、上記制御部は、上記撮影レンズの撮影レンズ情報と、上記対となる２つの位相差画素に対する入射光の入射角度毎の感度である受光感度分布とに基づいて、上記デフォーカス量と上記位相差量との比に関するパラメータ値を求め、上記パラメータ値と上記検出された位相差量から上記デフォーカス量を求めるものであることを特徴とする。
【００６１】
また、実施形態の撮像装置の上記撮影レンズ情報は上記撮影レンズのＦ値を含むものであり、上記制御部は、上記受光感度分布のうち上記撮影レンズのＦ値に対応する入射角度の範囲内の部分領域において、その部分領域の感度中心に対応する入射角度の値を上記パラメータ値として算出することを特徴とする。
【００６２】
また、実施形態の撮像装置の上記感度中心に対応する入射角度の値は、上記受光感度分布のうち上記撮影レンズのＦ値に対応する入射角度の範囲内の部分領域において、その部分領域の感度重心位置に対応する入射角度の値であることを特徴とする。
【００６３】
また、実施形態の撮像装置の上記感度中心に対応する入射角度の値は、上記受光感度分布のうち上記撮影レンズのＦ値に対応する入射角度の範囲内の部分領域において、その部分領域の感度面積中心位置に対応する入射角度の値であることを特徴とする。
【００６４】
また、実施形態の撮像装置の上記撮影レンズ情報は上記撮影レンズのＦ値と上記撮像素子の撮像面上の少なくとも上記焦点検出エリア内の像高位置に対応する入射角度の範囲の情報を含むものであり、上記制御部は、上記焦点検出エリア内の像高に対応した入射角度の範囲と上記Ｆ値に対応した入射角度の範囲を使用して上記パラメータ値を算出することを特徴とする。
【００６５】
また、実施形態の撮像装置の上記制御部は、上記焦点検出エリアを複数の分割エリアに分割し、上記像高に対応した上記分割エリア毎に上記パラメータ値を求めることを特徴とする。
【００６６】
また、実施形態の撮像装置の上記受光感度分布は、上記対となる２つの位相差画素に対する入射光の入射角度毎の感度と上記位相差画素以外の画素に対する入射光の入射角度毎の感度との感度比からなることを特徴とする。
【００６７】
また、実施形態の撮像装置の上記制御部は、赤色光，緑色光，青色光毎の受光感度分布から各色光毎の上記パラメータ値を求めることを特徴とする。
【００６８】
また、実施形態の撮像装置の上記撮影レンズは交換可能な撮影レンズであり、上記撮影レンズの交換後に上記パラメータ値を求めることを特徴とする。
【００６９】
以上述べた実施形態によれば、撮影レンズのＦ値が変更された場合でも、精度良くデフォーカス量を求めることができ、高精度に撮影レンズの合焦制御を行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明に係る撮像装置及び合焦用パラメータ値算出方法は、レンズ交換された場合でも撮影レンズの被写体への合焦動作を的確にでき、ピントの合った被写体画像を撮像することができるため、デジタルカメラ等に適用すると有用である。【００７１】
本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。
本出願は、２０１１年９月３０日出願の日本特許出願（特願２０１１−２１８５３２）、及び２０１２年８月３０日出願の日本国特許出願(特願２０１２−１８９５０４)に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
【符号の説明】
【００７２】
２  位相差検出画素ペア（第１画素，第２画素）
２ａ，２ｂ  偏心した遮光膜開口
１０  撮像装置（デジタルカメラ）
２１  撮影光学系
２１ａ  撮影レンズ
２１ｂ  絞り
２２ａ  固体撮像素子
２４  駆動部
２６  デジタル信号処理部
２９  システム制御部（ＣＰＵ）
４１  受光領域
４２  焦点検出エリア
４３  分割エリア
Ｌ  第１画素の受光感度分布特性
Ｒ  第２画素の受光感度分布特性
Ａ１，Ｂ１  感度重心位置
Ａ２，Ｂ２  感度面積中心位置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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